Algas fotosintéticas inyectadas en el corazón de renacuajos suministran oxígeno a sus cerebros

Las ranas son capaces de respirar a través de las branquias, los pulmones y la piel, según en la etapa de su vida en la que se encuentren, pero un equipo de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich (Alemania) informa de una forma nueva.

Los investigadores han desarrollado un sorprendente método que hace posible llevar oxígeno al torrente de sangre de renacuajos inyectando algas fotosintéticas en sus vasos sanguíneos.

La técnica desarrollada, presentada en la revista iScience del grupo Cell Press, proporcionó suficiente oxígeno para recuperar eficazmente las neuronas del cerebro de renacuajos privados de oxígeno, señalan los autores.

“Las algas produjeron tanto oxígeno que pudieron devolver la vida a las células nerviosas, por así decirlo”, afirma Hans Straka, autor principal e investigador de la de la universidad alemana. “A mucha gente le sonará a ciencia ficción, pero al fin y al cabo se trata de la combinación adecuada de esquemas y principios biológicos”, agrega.

Las algas produjeron tanto oxígeno que pudieron devolver la vida a las células nerviosas, por así decirlo. A mucha gente le sonará a ciencia ficción, pero al fin y al cabo se trata de la combinación adecuada de esquemas y principios biológicos

Hans Straka, autor principal e investigador de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich

Combinar la fisiología vegetal con neurociencia

Straka estaba estudiando el consumo de oxígeno en los cerebros de los renacuajos de las ranas de uñas africanas (Xenopus laevis) cuando en una conversación durante un almuerzo con un botánico le dio la idea de combinar la fisiología vegetal con la neurociencia: “Aprovechar el poder de la fotosíntesis para suministrar oxígeno a las células nerviosas”.

La idea no parecía descabellada. En la naturaleza, las algas viven armoniosamente en esponjas, corales y anémonas, proporcionándoles oxígeno e incluso nutrientes. ¿Por qué no en vertebrados como las ranas?

El equipo inyectó algas verdes o cianobacterias en el corazón de los renacuajos. Con cada latido, las algas avanzaban por los vasos sanguíneos y llegaban al cerebro. Al iluminar a estos animales, ambas especies de algas bombeaban oxígeno a las células cercanas

Para explorar esta posibilidad, el equipo inyectó algas verdes (Chlamydomonas renhardtii) o cianobacterias (Synechocystis) en el corazón de los renacuajos. Con cada latido, las algas avanzaban por los vasos sanguíneos y acababan llegando al cerebro, convirtiendo al renacuajo en un ser translúcido y de color verde brillante. Al iluminar a estos renacuajos, ambas especies de algas bombeaban oxígeno a las células cercanas.

Tras distribuir las algas en el cerebro, los investigadores aislaron la cabeza del renacuajo y la colocaron en un baño de burbujas de oxígeno con nutrientes esenciales que preservarían el funcionamiento de las células, lo que permitió controlar la actividad neuronal y los niveles de oxígeno.

A medida que los científicos agotaban el oxígeno del baño, los nervios dejaban de disparar y se quedaban en silencio. Sin embargo, al iluminar la cabeza del renacuajo se reanudó la actividad neuronal en un plazo de 15 a 20 minutos, es decir, unas dos veces más rápido que al reponer el baño con oxígeno sin las algas.

Las algas verdes inyectadas (verde) se sitúan dentro de los vasos sanguíneos (magenta) como un collar de perlas./ Özugur et al./iScience

Método rápido y eficaz

Además, los nervios reanimados funcionaron tan bien o incluso mejor que antes del agotamiento del oxígeno, lo que demuestra que la técnica era rápida y eficaz. 

“Hemos probado que el método funciona. Fue sorprendentemente fiable y robusto, y desde mi punto de vista, un enfoque hermoso”, dice Straka. “Trabajar basándose en un principio no significa realmente que se pueda aplicar al final, pero es el primer paso para iniciar otros estudios”.

Aunque los autores creen que su descubrimiento podría dar lugar algún día a nuevas terapias para afecciones inducidas por accidentes cerebrovasculares o entornos con escasez de oxígeno, como bajo el agua o a gran altitud, consideran que las algas están lejos de estar listas para entrar en nuestra circulación sanguínea.

Aunque los autores creen que su descubrimiento podría dar lugar algún día a nuevas terapias para afecciones inducidas por accidentes cerebrovasculares o entornos con escasez de oxígeno, opinan que las algas están lejos de estar listas para entrar en nuestra circulación sanguínea

El siguiente paso del equipo es comprobar si las algas inyectadas pueden sobrevivir dentro de los renacuajos viviendo en condiciones normales, produciendo oxígeno sin provocar una respuesta inmunitaria que cause estragos en los animales.

Straka también piensa que su investigación podrá beneficiar a otros laboratorios que trabajen con tejidos aislados u organoides. La introducción de algas productoras de oxígeno podría ayudar a estos tejidos a desarrollarse y aumentar sus tasas de supervivencia, reduciendo potencialmente la necesidad de usar animales vivos en esos experimentos.

“Hay que tener nuevas ideas y nuevos conceptos que explorar; esta es una de las formas de impulsar la ciencia”, dice Straka, que concluye: “Si tienes la mente abierta y lo piensas bien, de repente, puedes ver todas las posibilidades a partir de una idea”.

Referencia:

Özugur et al. “Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity” iScience (octubre, 2021).